package com.isaiah.tree;

import java.util.ArrayDeque;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Queue;
import java.util.Stack;

/**
 * @Title: 二分搜索树
 * @Description: ${todo}
 * @author: Haijun
 * @emial: isaiah@sohu.com
 * @date 2020/4/816:30
 */
public class BSTree<E extends Comparable<E> > {



    /**
     * 定义树节点
     */
    private class Node{
        private E e;
        /** 左孩子 */
        public Node left;
        /** 左孩子 */
        public  Node right;

        public Node(E e) {
            this.e = e;
            this.left = null;
            this.right = null;
        }
    }

    private Node root;

    private int size;

    public BSTree(){
        this.root = null;
        this.size = 0;
    }

    /**
     * 返回二分搜索树中元素个数
     * @return
     */
    public int size(){
        return this.size;
    }
    /**
     * 判断二分搜索树是否为空
     * @return
     */
    public boolean isEmpty(){
        return this.size == 0;
    }

    /**
     * 添加元素
     * @param e
     */
    public void add(E e){
        root = add(root, e);

    }
    private Node add(Node node, E e){
        if(node == null){
            size ++;
            return new Node(e);
        }

        if(e.compareTo(node.e) < 0){
            node.left = add(node.left, e);
        }
        else if(e.compareTo(node.e) > 0){
            node.right = add(node.right, e);
        }
        return node;
    }

    /**
     * 前序遍历
     */
    public void preOrder(){
        preOrder(root);
    }

    private void preOrder(Node node) {
        if(node == null){
            return ;
        }
        // 遍历当前节点
        System.out.println(node.e);
        // 遍历左孩子
        preOrder(node.left);
        // 遍历右孩子
        preOrder(node.right);
    }

    /**
     * 前序遍历
     */
    public void inOrder(){
        inOrder(root);
    }

    private void inOrder(Node node) {
        if (node == null){
            return ;
        }
        // 遍历左孩子
        inOrder(node.left);
        // 遍历当前节点
        System.out.println(node.e);
        // 遍历右孩子
        inOrder(node.right);
    }

    /**
     * 后序遍历
     */
    public void postOrder(){
        postOrder(root);
    }

    private void postOrder(Node node) {
        if (node == null){
            return ;
        }
        // 遍历左孩子
        postOrder(node.left);
        // 遍历右孩子
        postOrder(node.right);
        // 遍历当前节点
        System.out.println(node.e);
    }

    /**
     * 非递归前序遍历
     */
    public void preOrderNR(){
        Stack<Node> stack = new Stack();
        stack.push(root);
        while (!stack.isEmpty()){
            Node current = stack.pop();
            System.out.println(current.e);
            if (current.right != null){
                stack.push(current.right);
            }
            if (current.left != null){
                stack.push(current.left);
            }
        }
    }

    /**
     * 层序遍历
     */
    public void levelOrder(){
        Queue<Node> queue = new ArrayDeque<>();
        queue.add(root);
        while (!queue.isEmpty()){
            // 访问当前节点
            Node current = queue.remove();
            System.out.println(current.e);
            // 将当前节点的左孩子入队
            if (current.left != null){
                queue.add(current.left);
            }
            if (current.right != null){
                // 将当前节点的右孩子入队
                queue.add(current.right);
            }

        }
    }

    /**
     * 查找二分搜索树的最小元素
     * @return
     */
    public E mininum(){
        if (size == 0){
            throw new IllegalArgumentException("BST is empty！");
        }
        return  mininum(root).e;
    }

    /**
     * 返回以node为根的二分搜索树的最小值所在的节点
     * @param node
     * @return
     */
    public Node mininum(Node node){
        if (node.left == null){
            return node;
        }
        // 一直搜索左子树
        return mininum(node.left);
    }

    /**
     * 删除二分搜索树的最小元素
     * @return
     */
    public E removeMin(){
        // 找到最小元素
        E ret = mininum();
        // 删除最小元素
        root = removeMin(root);
        // 将最小元素返回
        return ret;
    }

    private Node removeMin(Node node) {
        if (node.left == null){
            // 当前节点可能有右孩子
            Node rightNode = node.right;
            // 把要删除的node的右孩子置为null
            node.right = null;
            size--;
            return rightNode;
        }
        node.left = removeMin(node.left);
        return node;
    }

    /**
     *  查找二分搜索树的最大元素
     * @return
     */
    public E maximum(){
        if (size == 0){
            throw new IllegalArgumentException("BST is empty！");
        }
        return maximum(root).e;

    }


    /**
     * 删除二分搜索树的最大元素
     * @return
     */
    public E removeMax(){
        // 找到最大元素
        E ret = mininum();
        // 删除最大元素
        root = removeMax(root);
        // 将最大元素返回
        return ret;
    }

    private Node removeMax(Node node) {
        if (node.right == null){
            // 当前节点可能有左孩子
            Node leftNode = node.left;
            // 把要删除的node的左孩子置为null
            node.left = null;
            size--;
            return leftNode;
        }
        node.right = removeMax(node.right);
        return node;
    }

    /**
     * 返回以node为根的二分搜索树的最大值所在的节点
     * @param node
     * @return
     */
    public Node maximum(Node node){
        if (node.right == null){
            return node;
        }
        // 一直搜索右子树
        return maximum(node.right);

    }

    /**
     * 删除任意元素
     * @param e
     */
    public void remove( E e){
        root = remove(root, e);
    }



    /**
     * 从指定的node为根的子树中删除元素
     * @param node
     * @param e
     * @return
     */
    private Node remove(Node node,  E e) {
        if (node == null){
            return null;
        }

        if (e.compareTo(node.e) < 0){       // 说明要删除的元素在左子树中
            node.left = remove(node.left, e);
            return node;
        }
        else if (e.compareTo(node.e) > 0){  // 说明要删除的元素在右子树中
            node.right = remove(node, e);
            return node;
        }
        else{// e == node.e                 // 说明要删除的元素正是当前元素

            // 待删除节点左子树为null的情况
            if (node.left == null){
                Node rightNode = node.right;
                node.right = null;
                size --;
                return rightNode;
            }
            // 待删除节点右子树为null的情况
            if (node.right == null){
                Node leftNode = node.left;
                node.left = null;
                size --;
                return leftNode;
            }
            /** Hibbard 删除逻辑 */
            // 1. 找到比待删除元素大的最小节点：即待删除节点右子树中最小节点
            Node successor = mininum(node.right);
            // 2. 让待删除节点右子树中最小节点right指向删除节点右子树中最小节点后的子树
            successor.right = removeMin(node.right);
            // 3. 让待删除节点右子树中最小节点left指向原来left
            successor.left = node.left;
            // 4. 删除节点
            node.left = node.right = null;
            return successor;
        }
    }

    /**
     * 查找比给定元素小的后继
     * @param e
     */
    public E floor(E e){
        return floor(root, e).e;
    }
    private Node floor(Node node,  E e) {
        if (node == null){
            return null;
        }

        if (e.compareTo(node.e) < 0){       // 说明要查找的元素在左子树中
            node.left = floor(node.left, e);
            return node;
        }
        else if (e.compareTo(node.e) > 0){  // 说明要查找的元素在右子树中
            node.right = floor(node, e);
            return node;
        }
        else{// e == node.e                 // 说明要删除的元素正是当前元素

            // 待删除节点左子树为null的情况
            if (node.left == null){
                Node rightNode = node.right;
                return rightNode;
            }
            // 待删除节点右子树为null的情况
            if (node.right == null){
                Node leftNode = node.left;
                return leftNode;
            }
            /** Hibbard 删除逻辑 */
            // 1. 找到比待删除元素大的最小节点：即待删除节点右子树中最小节点
            Node successor = mininum(node.right);
            return successor;
        }
    }


    /**
     * 查找比给定元素最小的前驱
     * @param e
     */
    public E ceil(E e){
        return ceil(root, e).e;
    }
    private Node ceil(Node node,  E e) {
        if (node == null){
            return null;
        }

        if (e.compareTo(node.e) < 0){       // 说明要查找的元素在左子树中
            node.left = floor(node.left, e);
            return node;
        }
        else if (e.compareTo(node.e) > 0){  // 说明要查找的元素在右子树中
            node.right = floor(node, e);
            return node;
        }
        else{// e == node.e                 // 说明要删除的元素正是当前元素

            // 待删除节点左子树为null的情况
            if (node.left == null){
                Node rightNode = node.right;
                return rightNode;
            }
            // 待删除节点右子树为null的情况
            if (node.right == null){
                Node leftNode = node.left;
                return leftNode;
            }
            /** Hibbard 删除逻辑 */
            // 1. 找到比待删除元素大的最小节点：即待删除节点右子树中最小节点
            Node predeccessor = maximum(node.right);
            return predeccessor;
        }
    }


    // 看二分搜索树中是否包含元素e
    public boolean contains(E e){
        return contains(root, e);
    }

    // 看以node为根的二分搜索树中是否包含元素e, 递归算法
    private boolean contains(Node node, E e){

        if(node == null){
            return false;
        }

        if(e.compareTo(node.e) == 0){
            return true;
        }
        else if(e.compareTo(node.e) < 0){
            return contains(node.left, e);
        }
        else { // e.compareTo(node.e) > 0
            return contains(node.right, e);
        }

    }

    @Override
    public String toString() {
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        generateBSTString(root, 0 , res);
        return res.toString();
    }

    private void generateBSTString(Node node, int depth, StringBuilder res) {
        if (node == null){
            res.append(generateDepthString(depth) + "null\n");
            return ;
        }
        // 基于前序遍历
        res.append(generateDepthString(depth) + node.e + "\n");
        generateBSTString(node.left, depth + 1, res);
        generateBSTString(node.right, depth + 1, res);
    }

    private String generateDepthString(int depth) {
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        for (int i = 0; i < depth; i++){
            res.append("-");
        }
        return res.toString();
    }
}
